轻度创伤性脑损伤大鼠海马的扩散加权成像

摘要

来源： Braeckman, K., et. al. 轻度创伤性脑损伤大鼠海马区的高级扩散成像。 J. Vis. Exp. (2019)

本视频展示了如何利用弥散加权成像技术评估轻度创伤性脑损伤（mTBI）后大鼠海马区的微结构变化，通过精确的磁共振成像扫描和弥散分析突出显示轴突损伤。

方案

所有涉及动物模型的操作均经当地机构动物护理委员会及 JoVE 兽医审查委员会审核。

1. 弥散磁共振成像（MRI）
   注意：在创伤诱导前及诱导后1天进行弥散加权成像。

1. 将大鼠置于充满异氟烷（5%）与O₂混合气体的小型诱导室中进行麻醉。当大鼠对足部或尾部夹捏无反应时，将麻醉浓度降低至2%，气体流速为500 mL/min。将动物转移至扫描仪床面，采用头先进俯卧位。
2. 将大鼠固定于头部支架中，使用门齿杆和鼻罩输送麻醉气体，并向前滑动头部，使脑部中心与四通道容积MRI线圈的中心对齐。在眼睛上涂抹少量润滑眼膏，以防止角膜损伤。使用一小块胶带固定头部，避免扫描过程中发生移动。
3. 在大鼠胸部下方放置一个压力垫以监测呼吸，并用循环温水加热毯和气泡膜覆盖大鼠以维持体温。扫描前检查呼吸监测器，确保信号清晰无噪声，且呼吸周期稳定。必要时重新调整压力垫位置。
   注意：通过调节麻醉浓度在1%–2%之间，应将呼吸频率维持在每次呼吸间隔1,200–1,700 ms。
4. 将四通道容积线圈滑至头部上方。根据线圈供应商提供的说明，调节线圈的调谐和匹配电容至适当的频率和阻抗。将扫描仪床面推进至扫描孔内，开始扫描。
5. 获取默认的三平面定位扫描图像（“tripilot”），以确认位置正确。
   1. 点击新建扫描，从协议列表中选择tripilot序列，将其加载至扫描控制界面。然后点击交通灯按钮以启动扫描。
   2. 扫描完成后，在图像显示界面加载扫描结果，并确认：1）头部保持平直；2）脑部位于磁体和线圈的中心。必要时调整头部和/或扫描仪床面的位置，并重新获取tripilot扫描图像。
6. 使用自动二阶匀场程序调节局部磁场：按照步骤1.5.1所述方法，将二阶匀场程序加载至扫描控制界面。然后点击谱仪控制工具窗口中的Acq选项卡 |当前调节 |局部磁场均匀性方法特异性调节以启动自动匀场。
7. 按照步骤1.5.1所述方法，将一个新的T2快速自旋回波成像（RARE）序列加载至扫描控制界面。
   1. 使用默认设置获取T2加权图像，但以下参数除外：
   2. 打开编辑扫描选项卡，将重复时间（TR）和回波时间（TE）分别调整为5,500 ms和37 ms。同时修改视野和矩阵大小，使平面内分辨率达到109 μm × 109 μm（默认分辨率为156 μm × 156 μm）。确保层厚为600 μm，层数设为45，RARE因子设为8。
   3. 打开几何编辑器，将切片包置于正确位置，包括脑部球状部分和小脑。
8. 按照步骤1.5.1所述方法，从B_DIFFUSION文件夹中加载三个新的平面回波扩散加权自旋回波序列（DtiEpi）至扫描控制协议中。
   注意：使用三个不同的扩散“壳层”，可同时估算扩散张量成像（DTI）模型、扩散峰度成像（DKI）模型和白质纤维束完整性（WMTI）模型。建议至少使用三个不同的b值，最高b值最大为3000 s/mm²，每个成像壳层至少包含15个均匀分布的方向。
   1. 使用默认设置获取扩散加权图像（DWIs），但以下设置除外：
   2. 打开编辑扫描选项卡，在几何选项卡下调整几何参数。将视野和矩阵大小调整为105 × 105，以确保分辨率达到333 μm × 333 μm。
   3. 将切片方向设为轴向，层数设为25，从而得到500 μm的层厚和600 μm的层间距。将读出方向调整为右侧。
   4. 点击对比度选项卡，将回波时间调整为24 ms，重复时间调整为6,250 ms。
   5. 将带宽设为250,000 Hz，并开启脂肪抑制。将平均次数调整为1。
   6. 点击研究选项卡，并将平均次数（EPI段数）改为4。
   7. 点击研究选项卡内的扩散选项卡。对三个扩散壳层分别执行此步骤。
      1. 将第一个壳层的扩散方向数调整为32，第二个壳层为46，第三个壳层为64。
      2. 使用自定义梯度方向文件调整梯度方向。
      3. 将第一个壳层的B0图像数量改为5，第二个壳层为5，第三个壳层为7。
      4. 将第一个壳层每个方向的b值调整为800 s/mm²，第二个壳层为1500 s/mm²，第三个壳层为2000 s/mm²。
         注意：可通过设置输入扩散方向为“是”手动调整梯度方向，或通过使用DTI_SET_DIRECTIONS宏自动完成。
   8. 打开几何编辑器，将视野置于脑球状部分与小脑之间，仅包含大脑以减少伪影和扫描时间。通过点击饱和并使用滚动条将六个5 mm宽的饱和带置于脑外侧，以减少伪影。
      注意：脑球状部分和小脑可根据解剖标志和tripilot扫描的三幅图像进行识别。
9. 点击交通灯图标以执行导入的序列。使用上述参数设置，T2-RARE扫描的采集时间为12分钟，第一个DWI壳层为15分钟，第二个DWI壳层为21分钟，第三个壳层为30分钟。总采集时间约为80分钟（在单接收通道系统上）。
10. 扫描协议完成后，将动物从扫描仪床面移出，放入带有37 °C加热垫的清洁笼中。待动物恢复意识后，将其送回饲养笼。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
弥散磁共振成像
临床前磁共振成像采集软件	Bruker Biospin MRI GmbH	Z400_PV51_CENTOS55	ParaVision 5.1 磁共振成像软件
临床前磁共振成像扫描仪	Bruker Biospin MRI GmbH	PharmaScan 70/16	7T 磁共振成像扫描仪
正交体积线圈	Bruker Biospin MRI GmbH	RF RES 300 1H 075/040 QSN TR	型号：1P T13161C3
小型动物生理监测仪	Rapid Biomedical	EKGHR02-0571-043C01	呼吸监测仪
水基加热装置	Thermo Fisher Scientific	Haake S 5P	型号：1523051
麻醉
可移动麻醉装置	Veterenary technics		BDO - Medipass, Ijmuiden
异氟烷：Isoflo	Zoetis	B506
氧气发生器	Veterenary technics	7F-3	BDO - Medipass, Ijmuiden